金榮，張衡陽

（1 空軍駐西安地區(qū)軍事代表室，西安 710068; 2 空軍工程大學信息與導航學院，西安 710077）

0 引言

近幾次高技術局部戰(zhàn)爭表明，美軍現(xiàn)有武器裝備和技術已基本具備精確打擊固定目標的能力，但是打擊活動目標（時敏目標）的能力則不夠充分。因此，美軍決定要發(fā)展一種支持實時火控過程，靈活、動態(tài)、快速、大容量的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，快速而準確地協(xié)同感知和確定戰(zhàn)術目標的位置，并進行快速精確協(xié)同打擊。2001年美軍啟動的戰(zhàn)術瞄準網(wǎng)絡技術（Tactical Targeting Networks Technology：TTNT）是當前航空數(shù)據(jù)鏈中最為先進的技術之一[1]。10多年時間內(nèi)經(jīng)過多次試驗，結(jié)果表明該技術已經(jīng)逐漸成熟，作為美軍戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，在未來作戰(zhàn)應用中將發(fā)揮重要的作用。

1 TTNT數(shù)據(jù)鏈簡介

1.1 研究目標

在目標探測、主動識別、瞄準、打擊、摧毀的全過程中，TTNT提供為預警機、戰(zhàn)斗機、無人機、情報和監(jiān)視偵察平臺以及地面作戰(zhàn)平臺之間提供魯棒的、高性能、互操作的低時延數(shù)據(jù)通信，能夠快速定位“時敏目標”，支持實時火控過程，同時使附帶毀傷最小。

1.2 技術特點

（1）架構：專用Ad hoc網(wǎng)絡，可以實時重構并具備靈活性；（2）體系：采用IP協(xié)議體系結(jié)構，易于與其它網(wǎng)絡互通；（3）有效性：網(wǎng)絡帶寬寬、時延小、高優(yōu)先級信息接入成功率高；（4）可靠性：網(wǎng)絡健壯，自愈性強，可動態(tài)自配置；（5）靈活性：通信容量視戰(zhàn)況實時配置，用戶入網(wǎng)/退網(wǎng)方便；（6）兼容性：作為一個模塊加裝在Link-16終端上，采用J系列報文消息格式，與Link-16完全兼容，并可通過網(wǎng)關接入全球信息柵格；（7）多元性：業(yè)務多樣，包括文本聊天、電子郵件、靜止圖像文件共享、雙向視頻流、目標瞄準、基于IP的飛行任務信息以及跟蹤數(shù)據(jù)態(tài)勢感知。

1.3 主要性能指標

（1）系統(tǒng)規(guī)模：可容納的用戶數(shù)為200個～2000個；（2）系統(tǒng)容量：總傳輸速率>10Mbps；（3）傳輸速率：2Mbps（傳輸距離小于185km），500Kbps（傳輸距離大于185km小于370km），220Kbps（傳輸距離大于370km小于555km）；（4）傳輸時延：小于2ms（傳輸距離小于185km），小于6ms（傳輸距離大于185km小于370km），小于30ms（傳輸距離大于370km小于555km）；（5）入網(wǎng)時間：新注冊的平臺在5s內(nèi)進入網(wǎng)絡；（6）成功傳輸概率：最高優(yōu)先級的信息成功傳輸概率大于99%。

2 關鍵技術

2.1 網(wǎng)絡架構

從網(wǎng)絡的體系架構看，TTNT是一種典型的基于IP的航空自組織網(wǎng)絡體系架構，可以臨時快速自組成網(wǎng)和網(wǎng)絡自修復的能力，無需復雜的預規(guī)劃，可擴展性非常強，飛機可隨遇退網(wǎng)、入網(wǎng)，Ad hoc網(wǎng)絡的多跳路由功能可支持超視距通信，可以實現(xiàn)多個飛機編隊的大空域組網(wǎng)應用。

2.2 分布式信道接入控制技術

TTNT數(shù)據(jù)鏈信道接入控制協(xié)議采用SPMA協(xié)議[5]，具備臨時、動態(tài)和快速組網(wǎng)、分布式動態(tài)接入、支持多節(jié)點同時通信、支持多種業(yè)務并區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級的QoS保證、最高優(yōu)先級業(yè)務能夠立即接入信道等能力。主要技術包括：分布式、快速、安全的入網(wǎng)認證算法；基于時頻分析方法的信道忙閑程度檢測和預測算法；具有沖突分解的多信道分布式接入算法；基于信道忙閑程度和區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級的多信道接入算法；基于負載反饋和退避窗口實時更新的可變因子退避算法。

2.3 高動態(tài)多跳IP路由技術

TTNT數(shù)據(jù)鏈路由協(xié)議要能夠?qū)罩衅脚_高速運動引起的網(wǎng)絡拓撲變化有很強的感知能力，能夠準確構建和維護網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫，實時構建和更新路由表，支持數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜁r延和高可靠性。主要技術包括：航空編隊網(wǎng)絡的動態(tài)性分析與預測技術；自適應信標交換算法；鄰居節(jié)點表構建與維護算法；網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫實時構建和維護技術；基于網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫的編隊拓撲控制算法；實時可靠的主動式路由協(xié)議的設計。

2.4 分布式入網(wǎng)安全認證技術

節(jié)點啟動 TTNT工作模式，周期性地發(fā)送HELLO消息，進行鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)，并啟動入網(wǎng)安全認證過程，從而完成節(jié)點快速入網(wǎng)功能。

TTNT入網(wǎng)流程：

（1）進入網(wǎng)絡范圍，接收HELLO消息。

（2）解析HELLO消息，構建鄰居節(jié)點表。

（3）向最近節(jié)點發(fā)送身份驗證信息。

（4）安全認證交互，驗證通過，完成入網(wǎng)。

TTNT退出網(wǎng)絡流程：節(jié)點退出網(wǎng)絡有兩種方式

（1）節(jié)點損毀或飛離網(wǎng)絡范圍，網(wǎng)絡中其他節(jié)點無法收發(fā)該節(jié)點的信息，超時后將其從鄰居節(jié)表中刪除。

（2）人工發(fā)出斷開網(wǎng)絡連接請求，其他節(jié)點接收到其斷開連接信息，將其從鄰居節(jié)點表中刪除。

外來節(jié)點加入 TTNT網(wǎng)絡時必須進行安全認證，文獻6表明采用基于公鑰加密體制PKI認證方式。TTNT中每個節(jié)點傳遞信息也必須安全，所以通信協(xié)議必須使用一定形式的加密機制。TTNT通信采用公鑰加密機制認證并協(xié)商對稱會話密鑰，然后利用會話密鑰加密通信數(shù)據(jù)。這種混合安全機制解決了加密運算速度和密鑰分配管理問題。TTNT認證算法基于PKI機制、無需第三方參與的認證算法，包括密鑰創(chuàng)建，管理和交換。算法遵從Diffie-Hellman Key Exchange方式，成功產(chǎn)生Diffie-Hellman Key完成密鑰交換后，通信雙方創(chuàng)建一個對稱密鑰來進行隨后的數(shù)據(jù)通信加密。

3 發(fā)展動向

3.1 射頻隱身化

最初TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設計為面向時敏目標打擊的全向武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈，其射頻隱身性能滿足不了美軍第4代隱身戰(zhàn)機F22和F35的作戰(zhàn)需求，所以在裝備隱身戰(zhàn)機 F22和 F35的數(shù)據(jù)鏈競爭中落敗。隨后，羅克韋爾·柯林斯公司對 TTNT數(shù)據(jù)鏈制定了一系列的改進和完善計劃。其中最為重要的計劃就是提升TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的LDP/LDI性能。文獻[7]表明，其改進措施采用了全向和定向通信相結(jié)合的方式，在網(wǎng)絡初始化、網(wǎng)絡重組過程中使用全向通信信號波形，待組網(wǎng)完成后，便使用定向通信信號波形進行通信，降低網(wǎng)絡運行過程中被敵方干擾和截獲的概率。

3.2 終端小形化

為了滿足空-空和空-地的組網(wǎng)應用，羅克韋爾·柯林斯公司對TTNT數(shù)據(jù)鏈終端進行了小形化，以便加裝在無人機、導彈、地面裝甲車輛、單兵背負等各類小型終端上，開展了 QNT微型聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈技術的研究。QNT數(shù)據(jù)鏈與TTNT數(shù)據(jù)鏈有非常大的關系，同是羅克韋爾·柯林斯公司為主研制。從相關資料推斷，QNT數(shù)據(jù)鏈是在TTNT數(shù)據(jù)鏈的基礎上發(fā)展而來，有著很多的共性技術，只是在體積上變得更小，發(fā)射功率更小。因此，TTNT數(shù)據(jù)鏈終端的小型化是其一種必然的發(fā)展趨勢。

3.3 應用多樣化

從應用的角度看，TTNT是美軍的一種新型戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，是為解決未來航空作戰(zhàn)動態(tài)組網(wǎng)、傳輸時效性、問題而開發(fā)的高性能武器數(shù)據(jù)鏈，屬于高速、寬帶、低時延的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡。主要應用于對信息傳輸時效性要求很高的應用場合。

（1）空空協(xié)同。為了提高空中平臺協(xié)同感知、決策、打擊的能力，快速定位地面目標并進行快速打擊，美軍采用了這樣一種作戰(zhàn)模式：隱身作戰(zhàn)飛機或無人機突前進行偵察，并迅速將偵察信息傳送給編隊的其他飛機，其他飛機在較遠的空域?qū)δ繕税l(fā)射導彈進行攻擊，突前的隱身飛機對導彈進行第三方制導。整個攻擊過程包含協(xié)同感知、協(xié)同定位、網(wǎng)絡制導、聯(lián)合評估等四個大的環(huán)節(jié)。

（2）空地協(xié)同?？罩凶鲬?zhàn)平臺利用站得高、看得遠的優(yōu)勢對敵方陣地實施偵察，并將偵察信息實時地傳送給地面火力單元，地面火力單元快速實施打擊。地面終端也可將敵方重要目標信息實時傳送給空中平臺，由空中平臺對其進行打擊，在整個空地協(xié)同作戰(zhàn)過程中由傳感器到射手的時間大大縮短，從而可實現(xiàn)對地面移動目標進行有效打擊。

（3）武器協(xié)同。多個空中作戰(zhàn)平臺對時敏目標的協(xié)同感知、協(xié)同定位、協(xié)同瞄準、網(wǎng)絡制導，協(xié)同攻擊，實現(xiàn)戰(zhàn)機與戰(zhàn)機、戰(zhàn)機與導彈、導彈與導彈之間的各類平臺協(xié)同。該類應用對信息傳輸?shù)臅r效性非常高，TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具備這種能力。

（4）空艦協(xié)同。在海洋上作戰(zhàn)，由于超短波視距傳播的特性，艦對空通信指揮的范圍非常有限，需要采用TTNT數(shù)據(jù)鏈這種多跳自組網(wǎng)系統(tǒng)，利用節(jié)點的多跳路由中繼功能實現(xiàn)超視距大范圍的空中作戰(zhàn)平臺和海面艦艇之間的信息傳輸共享。同時，對于戰(zhàn)機（無人機）著艦要求信息傳輸時延非常低，以克服艦體由于海洋環(huán)境顛簸所帶來的影響[4]。

4 總結(jié)

TTNT數(shù)據(jù)鏈是一種基于IP的航空Ad hoc網(wǎng)絡，是美軍正在研制的新型先進武器協(xié)同級數(shù)據(jù)鏈，采用了大量先進的技術，其MAC協(xié)議、路由協(xié)議和物理終端電臺的設計緊緊圍繞著打擊“時敏目標”的要求而展開，旨在實現(xiàn)空-空和空-地武器協(xié)同級網(wǎng)絡通信，縮短 C4KISR系統(tǒng)從 “傳感器”到“射手”的時間，提高網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的能力。

[1] 駱光明.數(shù)據(jù)鏈——信息系統(tǒng)連接武器系統(tǒng)的捷徑[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,information exploitation office, DARPANET CENTRIC PROGRAMS.

[3] Rockwell Collins receives contract award for completion of the TTNT waveform development.

[4] Rockwell Collins supplies Tactical Targeting Network Technology for deck handling trials of X-47B Unmanned Demonstrator, http://www.rockwellcollins.com/sitecore/

[5] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,http://www.rockwellcollins.com/sitecore/content/Data/Pro ducts/Communications_and_Networds/Networks/Tactical_Targeting_Network_Technology.aspx

[6] Midshipman Joshua B. Datko, SUPPORTING SECURE,AD HOC JOINS FOR TACTICAL NETWORKS, Trident Scholar project report, 2002.

[7] Tactical Targeting Networks Technology and Connectivity,http://www.sldinfo.com/wp-content/2009/11/TTNT White Paper 1.pdf.